Исследователи разработали пленку из крахмала, способную проводить электричество.

В долгосрочной перспективе на рынке электроники переход к биополимерам, таким как крахмал, позволит, во-первых, избавиться от дефицитных и нефтехимических ресурсов, а во-вторых, значительно сократить объем токсичных отходов, накапливающихся в мире. Необходимость замены гаджетов растет так же быстро, как увеличиваются темпы их производства. Это делает потребность в новых решениях для экологически чистой электроники особенно актуальной: устройства, которые требуют меньше энергии, изготавливаются из доступных и недорогих материалов, в теории разлагаются в природе и не требуют захоронения.

Перспективный экологически чистый материал был разработан учеными из Лондонского университета королевы Марии (Великобритания). В качестве основы был использован крахмал как биоразлагаемый полисахарид и пленкообразователь, получаемый из растений (кукурузы, картофеля и гороха). Среди его преимуществ — хорошая растворимость в воде и относительно низкая стоимость по сравнению с другими полимерами (целлюлозой, лигнином и белками). Более того, крахмал содержит гидроксильные группы, что позволяет ему образовывать поперечные (межмолекулярные) связи, увеличивая его прочность.

Кроме того, он обладает такими необходимыми для устойчивой электроники характеристиками, как возобновляемость, биоразлагаемость в почве и воде, легкость, простота в производстве гибких пленок и гелей, а также биосовместимость, что делает его подходящим для применения в биологических и медицинских целях. Не случайно крахмал широко используется как в пищевой, так и в непищевой промышленности в качестве сырья для ферментации, компонента в клеях и связующих веществах для бумаги, а также в химическом производстве и текстильной отрасли.

В качестве электропроводящего наполнителя для нанокомпозита исследователи использовали электропроводящий состав максена — карбида титана (слоистый двумерный материал на основе карбидов или нитридов переходных металлов). Он был равномерно распределен в крахмальной матрице и продемонстрировал отличную совместимость, образовав водородные связи. Изменяя концентрации максена, ученые настраивали прочность, электропроводность и коэффициент тензочувствительности, или чувствительность датчика.

В результате материал проявил впечатляющие электромеханические свойства и стабильные электрические характеристики, что позволяет использовать его как надежный и универсальный компонент в электронных устройствах и не только. Пленку можно адаптировать для датчиков движения человека и создания электронных умных покрытий.

В отличие от аналогов на основе нефтепродуктов, композит на основе крахмала разлагается в почве всего за месяц, что делает его экологически чистым. Ученые представили свои выводы в журнале Advanced Functional Materials.